Batory rozważał kolejną wojnę z Rosją, ale jego plany zostały opóźnione z powodu braku poparcia Sejmu, który odmówił wnioskowanych podwyżek podatków.

Czekając na rozwój wypadków, król polował w Puszczy Molawickiej w Kundzinie. Tam nagle źle się poczuł i został przewieziony do pobliskiego Grodna, gdzie wkrótce zmarł 12 grudnia 1586 roku, o piątej po południu. Miał 53 lata.
Zmarł prawdopodobnie na mocznicę, będącą schyłkowym stadium zwyrodnienia wielotorbielowatego nerek. Nagła śmierć Batorego, który uchodził za człowieka o dobrym zdrowiu, do dziś jest przedmiotem sporów wśród historyków i lekarzy. Sporządzony tuż po zgonie monarchy dokument, który mógłby rozstrzygnąć wątpliwości, zaginął.
Stefan Batory został pochowany w katedrze na Wawelu w Krakowie. W 1877 roku trumna ze szczątkami króla została otwarta. Znaleziono w niej regalia królewskie oraz szablę należącą do króla tzw. batorówkę.